DE102004062511A1 - Formation and coating of substrate in a form tool, comprises forming the substrate in a cavity of the form tool, introducing the substrate into a another cavity of the form tool and coating the substrate with a lacquer in the cavity - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen und Beschichten eines Substrats in einem Formwerkzeug.The The invention relates to a method for molding and coating a Substrate in a mold.
Aus
In
Außerdem ist
aus
US 2003/0197307 A offenbart ein Verfahren zum Spritzgießen eines Formteils und anschließendem Beschichten mit einer unter Wärme aushärtenden Lackschicht. Das Spritzgießen und anschließende Beschichten finden in zwei getrennten Werkzeugkavitäten statt. Gemäß US 2003/0197307 A wird zur Beschichtung eine duroplastische Zusammensetzung, welche im Wesentlichen keine leichtflüchtigen Komponenten enthält, eingesetzt.US 2003/0197307 A discloses a method for injection molding a Molding and subsequent coating with one under heat curing Paint layer. The injection molding and subsequent Coating takes place in two separate mold cavities. According to US 2003/0197307 A becomes a thermosetting composition for coating essentially no volatile Contains components, used.
Gegenüber anderen Verfahren biete das RIM-Verfahren die Möglichkeit die Komponenten direkt vor der Einleitung in die Kavität zu vermischen. Dadurch wird das Verfahren unabhängig von der Topfzeit des Systems. Der Vorteil konnte bei Versuchen deutlich gezeigt werden. Weitere Vorteile sind der wesentlich verringerte Reinigungsaufwand sowie die erhöhte Prozesssicherheit, da Störungen im Bereich der Spritzgießmaschine keine Folgeschäden in der Dosierung und Mischung der Lackkomponenten verursachen. Weiterhin kann das System nach einer Produktionsunterbrechung sofort mit der Produktion von qualitativ hochwertig lackierten Formteilen fortfahren.Over other Procedures offer the RIM method the possibility of the components directly before the introduction into the cavity to mix. This makes the process independent of the pot life of the system. The advantage could be clearly shown in experiments. Further Advantages are the significantly reduced cleaning effort as well the increased Process reliability, as faults in the field of injection molding machine no consequential damage in the metering and mixing of the paint components cause. Furthermore, can the system immediately after production interruption with the production continue with high quality painted parts.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Formen und Beschichten eines Substrats bereitzustellen, welches die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.The The object of the present invention is to provide a method for To provide molding and coating of a substrate, which the ones mentioned above Disadvantages of the prior art does not have.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen und Beschichten eines Substrats in einem Formwerkzeug mit wenigstens zwei Kavitäten umfassend die folgenden Schritte:
- (a) Formen eines Substrats in einer ersten Kavität eines Formwerkzeugs
- (b) Einbringen des gemäß Schritt (a) hergestellten Substrats in eine zweite Kavität des Formwerkzeugs
- (c) Beschichten des gemäß Schritt (a) hergestellten Substrats in der zweiten Kavität mit einem Lack nach dem Reaction Injection Molding Verfahren, wobei das Beschichten unter Druck erfolgt.
- (a) forming a substrate in a first cavity of a mold
- (b) introducing the substrate produced according to step (a) into a second cavity of the molding tool
- (c) coating the substrate produced according to step (a) in the second cavity with a lacquer by the reaction injection molding method, wherein the coating is carried out under pressure.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem Formwerkzeug durchgeführt, das zwei oder mehrere Kavitäten aufweist, so dass die beiden Verfahrensschritte (a) Formen und (c) Beschichten des Substrats in verschiedenen Kavitäten erfolgen. Die Oberflächen der Kavitäten können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien, wie z.B. Glas, Keramik, Kunststoff, Metalle oder Legierungen, gefertigt sein.The inventive method is performed in a mold having two or more cavities, so that the two process steps (a) forms and (c) coating of the substrate in different cavities. The surfaces of the wells can of the same or different materials, e.g. Glass, Ceramics, plastic, metals or alloys, be made.
Das Formen des Substrats in einer ersten Kavität gemäß Schritt (a) kann beispielsweise durch Spritzgießen, Spritzprägen, Pressen, Reaktionsspritzgießen (reaction injection molding, RIM) oder Schäumen erfolgen. Als Materialien können alle thermoplastischen und duroplastischen Kunststoffe, z.B. PC, PBT, PA, PE, PP, PS, ABS, ASA, SAN, PET, POM, COC, PPO, PMMA, PPS, PUR, EP, PVC und deren Blends eingesetzt werden. Das Substrat kann von beliebiger Form sein.The Forming the substrate in a first cavity according to step (a) may be, for example by injection molding, Injection compression molding, Pressing, reaction injection molding reaction injection molding (RIM) or foaming. As materials can all thermoplastic and thermosetting plastics, e.g. PC, PBT, PA, PE, PP, PS, ABS, ASA, SAN, PET, POM, COC, PPO, PMMA, PPS, PUR, EP, PVC and their blends are used. The substrate can be of any shape.
Vorzugsweise erfolgt das Formen des Substrats gemäß Schritt (a) nach dem Spritzgießverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff. Das Spritzgießverfahren ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Wird das Substrat durch Spritzgießen aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt, sind alle thermoplastischen und duroplastischen Kunststoffe, z.B. PC, PBT, PA, PE, PP, PS, ABS, ASA, SAN, PET, POM, COC, PPO, PMMA, PPS, PUR, EP, PVC und deren Blends geeignet.Preferably the forming of the substrate according to step (a) takes place after the injection molding process made of a thermoplastic material. The injection molding process is well known in the art. Becomes the substrate by injection molding made of a thermoplastic material, are all thermoplastic and thermosetting plastics, e.g. PC, PBT, PA, PE, PP, PS, ABS, ASA, SAN, PET, POM, COC, PPO, PMMA, PPS, PUR, EP, PVC and their Blends suitable.
Nach dem Formen des Substrats wird das Substrat gemäß Schritt (b) in eine zweite Kavität desselben Formwerkzeugs eingebracht. Dazu wird das Formwerkzeug geöffnet und das Substrat in eine zweite Kavität umgesetzt. Das Umsetzen des Substrats kann nach bekannten Verfahren, wie sie beispielsweise beim Mehrfarbenspritzgießen angewendet werden, erfolgen. Typische Verfahren sind einerseits das Umsetzen mit Drehteller, Wendeplatte, Schiebekavität oder Indexplatte oder vergleichbare Verfahren, bei denen das Substrat auf dem Kern verbleibt. Verbleibt das Substrat zum Umsetzen auf dem Kern, hat dies den Vorteil, dass die Lage auch nach dem Umsetzen passgenau definiert ist. Andererseits sind aus dem Stand der Technik Verfahren zum Umsetzen eines Substrats bekannt, bei denen das Substrat, z.B. mit Hilfe eines Handhabungssystems, aus einer Kavität entnommen und in eine andere Kavität eingelegt wird. Das Umsetzen mit Entnahme des Substrats bietet größeren Gestaltungsspielraum bei der Beschichtung, z.B. bei der Generierung eines Umbugs oder maskierter Bereiche.To In accordance with step (b), the substrate is shaped into a second one cavity introduced the same mold. This is the mold open and the substrate is converted into a second cavity. The implementation of the Substrate can be prepared by known methods, such as in multicolor injection molding be applied. Typical procedures are one hand moving with turntable, insert, sliding cavity or index plate or similar methods in which the substrate is on the core remains. Remains the substrate to react on the core has This has the advantage that the position even after the transfer fit is defined. On the other hand, from the prior art, methods for converting a substrate in which the substrate, e.g. with help a handling system, taken from one cavity and another cavity is inserted. The reaction with removal of the substrate offers greater freedom of design in the coating, e.g. in the generation of a Umbug or masked areas.
Gemäß Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Substrat in einer zweiten Kavität des Formwerkzeugs mit einem Lack beschichtet, wobei das Beschichten unter Druck erfolgt. Dies bedeutet, dass sowohl das Auftragen als auch das Aushärten des Lacks unter Druck durchgeführt wird. Ein ausreichender Druck ist sowohl in der Einspritz- als auch in der Nachdruckphase, d.h. während des Aushärtens, des Lackes notwendig, um Blasenbildung in der Lackschicht zu vermeiden. Das Auftragen der Lackschicht erfolgt, indem der Lack unter Druck in den Hohlraum zwischen der Oberfläche des Substrats und der Innenwand der Kavität eingefüllt, z.B. eingespritzt, wird. Der Druck muss so groß sein, dass die Kavität gefüllt ist, bevor die Topfzeit des Lackes erreicht ist. Gleichzeitig verhindert der Druck die Blasenbildung an der Fließfront des Lackes. Auch das Aushärten des Lacks erfolgt unter Druck. Während des Aushärtens des Lacks bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung die Zeit, die mindestens benötigt wird, um ein sicheres Entformen des beschichteten Substrats ohne Beschädigung der Lackschicht zu gewährleisten. Dieser Druck muss so hoch sein, dass eine Blasenbildung im Lack während des Aushärtens unterbunden wird. Ferner sorgt der Druck dafür, dass die Volumenschwindung des Lackes während des Aushärtens ausgeglichen wird. Am Ende der Aushärtzeit darf der Druck in der Kavität bis auf Null abgefallen sein.According to step (c) of the method according to the invention, the substrate is coated in a second cavity of the mold with a lacquer, wherein the coating is carried out under pressure. This means that both the application and the curing of the paint is carried out under pressure. A sufficient pressure is necessary both in the injection and in the Nachdruckphase, ie during curing, the paint to avoid blistering in the paint layer. The application of the lacquer layer takes place by the lacquer being filled under pressure into the cavity between the surface of the substrate and the inner wall of the cavity, for example injected. The pressure must be so high that the cavity is filled before the pot life of the paint is reached. At the same time, the pressure prevents the formation of bubbles on the flow front of the paint. The curing of the paint is carried out under pressure. During the curing of the lacquer means in the context of the present invention, the time that is at least needed to ensure safe removal of the coated substrate without damaging the lacquer layer. This pressure must be so high that a Bla senbildung in the paint during curing is prevented. Furthermore, the pressure ensures that the volume shrinkage of the paint is compensated during curing. At the end of the curing time, the pressure in the cavity must have dropped to zero.
Der Druck während des Beschichtens beträgt vorzugsweise 10 bis 90 bar, besonders bevorzugt 40 bis 60 bar. Dieser von außen aufgebrachte Druck kann während des Beschichtens, d.h. während des Einspritzens und Aushärtens, konstant gehalten werden. Alternativ kann der von außen aufgebrachte Druck während des Beschichtens auch variiert werden, wobei der Druck bevorzugt im Bereich von 10 bis 90 bar, besonders bevorzugt 40 bis 60 bar liegt. Der Druck kann z.B. durch einen Kolben von außen aufgebracht werden. Alternativ kann der Druck durch einen Prägevorgang aufgebracht werden.Of the Pressure during of the coating preferably 10 to 90 bar, more preferably 40 to 60 bar. This from the outside applied pressure can during coating, i. while injection and curing, kept constant. Alternatively, the externally applied Pressure during the coating can also be varied, the pressure being preferred in the range of 10 to 90 bar, more preferably 40 to 60 bar lies. The pressure can e.g. applied by a piston from the outside become. Alternatively, the pressure can be applied by an embossing process.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für Schichtdicken des Lacks im Bereich von 0,01 bis 3 mm.The inventive method is suitable for Layer thickness of the paint in the range of 0.01 to 3 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Wärmeausdehnung des Substrats und des Lackes dazu genutzt, den Druck in der Kavität beim Beschichten einzustellen. Durch die Wahl der Werkzeugoberflächentemperaturen und/oder der Verweilzeiten in der ersten und/oder der zweiten Kavität kann gezielt ein Werkzeuginnendruckprofil in Abhängigkeit von der Lackformulierung erzeugt werden. Die Temperatur der ersten Kavität wird für das zu verarbeitende Substratmaterial passend gewählt. Sie beträgt bevorzugt 40 bis 80°C. Die Verweilzeit in der ersten Kavität beträgt bevorzugt 30 bis 60 Sekunden. In der zweiten Kavität kann der Lack auf das Substrat unter einer an die ausgewählten Materialien angepassten Temperatur im Bereich von 20 bis 120°C eingespritzt und ausgehärtet werden. Die Verweilzeit in der zweiten Kavität beträgt vorzugsweise mindestens 45 Sekunden, besonders bevorzugt 45 Sekunden bis 2 Minuten. Da die Verweilzeit von der Lackformulierung abhängt, kann die Verweilzeit auch länger sein, z.B. bis zu 10 Minuten betragen.In a preferred embodiment becomes the thermal expansion the substrate and the paint used to the pressure in the cavity during coating adjust. By choosing the tool surface temperatures and / or the Residence times in the first and / or the second cavity can be targeted a cavity pressure profile as a function of the paint formulation be generated. The temperature of the first cavity is suitable for the substrate material to be processed selected. It is preferably 40 to 80 ° C. The Residence time in the first cavity is preferably 30 to 60 seconds. In the second cavity, the paint can on the substrate under a matched to the selected materials Temperature in the range of 20 to 120 ° C injected and cured. The residence time in the second cavity is preferably at least 45 seconds, more preferably 45 seconds to 2 minutes. Because the Residence time depends on the paint formulation, the residence time can also longer be, e.g. up to 10 minutes.
Während in der ersten Kavität aufgrund der Abkühlung des Substrats Schwindung eintritt, findet in der zweiten Kavität aufgrund der erhöhten Temperatur Wärmeausdehnung des Substrats und des Lackes statt. Die Wärmeausdehnung kann gezielt so eingestellt werden, dass sie den gewünschten Innendruck in der zweiten Kavität erreicht. In der zweiten Kavität wird bevorzugt diejenige Werkzeughälfte aufgeheizt, an die die Lackschicht angrenzt. Die erhöhte Temperatur in der zweiten Kavität begünstigt somit nicht nur das Aushärten, sondern erlaubt auch, den Werkzeuginnendruck aufgrund der Wärmeausdehnung von Lackschicht und Substrat gezielt zu beeinflussen.While in the first cavity due to the cooling the substrate shrinkage occurs, takes place in the second cavity due the heightened Temperature thermal expansion the substrate and the paint instead. The thermal expansion can be targeted be adjusted so that they have the desired internal pressure in the second cavity reached. In the second cavity is preferably heated that half of the tool to which the Lacquer layer adjacent. The raised Temperature in the second cavity favored thus not only the curing, but also allows the cavity pressure due to the thermal expansion of varnish layer and substrate to influence targeted.
Darüber hinaus ist es möglich, in verschiedenen Bereichen der Kavitäten die Temperatur der Werkzeugoberflächen unterschiedlich einzustellen. Dies kann beispielsweise gezielt dazu genutzt werden, lokale Werkzeuginnendruckprofile zu erzeugen.Furthermore Is it possible, In different areas of the cavities, the temperature of the tool surfaces differently adjust. This can for example be used purposefully generate local cavity pressure profiles.
Diese Ausführungsform, nach der der Innendruck in der Kavität über die Wärmeausdehnung des Substrats und des Lackes erfolgt, ist aus folgenden Gründen von Vorteil gegenüber einem Verfahren, bei dem der Innendruck über den von außen angelegten Druck eingestellt wird: Erstens kann der Druck gleichmäßig über das gesamte Formteil aufgebracht werden, ohne dass Lack während der Aushärtephase in die Kavität hineingepresst werden muss. Zweitens kann die Volumenschwindung des Lackes durch Aushärten lokal ausgeglichen werden. Schließlich kann durch gezielte lokal unterschiedliche Werkzeugtemperierung der Druck bei der Aushärtung variiert werden.These embodiment, after the internal pressure in the cavity over the thermal expansion of the substrate and the varnish is advantageous for one of the following reasons Method in which the internal pressure over the externally applied Pressure is set: First, the pressure can be evenly over the entire molding to be applied without leaving paint during the curing phase into the cavity must be pressed into it. Second, the volume shrinkage of the paint by curing be balanced locally. Finally, through targeted local different tool temperature of the pressure varies during curing become.
Das Beschichten des Substrats gemäß Schritt c) erfolgt nach dem RIM-Verfahren, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Komponenten des zweikomponentigen Lacksystems erst unmittelbar vor dem Einspritzen in die Kavität vereinigt werden. Dabei wird der Lack über eine oder mehrere Düsen so in die Kavität eingespritzt, dass der Hohlraum zwischen Oberfläche des Substrats und Werkzeuginnenwand vollständig mit Lack gefüllt wird. Für ein optimales Einspritzen des Lacks werden Anzahl und Lage der Einspritzpunkte in einer dem Fachmann bekannten Weise entsprechend gewählt. Ein Kriterium für die Auslegung der zweiten Kavität ist die gezielte Verdrängung der in der Kavität vorhanden Luft und ihre Abführung über die Trennebene oder Entlüftungskanäle während des Einspritzens. Hierfür können beispielsweise Berechnungsprogramme, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, herangezogen werden. Die Angussgestaltung für die Lackeinspritzung kann z.B. nach den für die Herstellung von RIM-Formteilen aus dem Stand der Technik bekannten Angussvarianten erfolgen.The Coating the substrate according to step c) carried out by the RIM method, as in the prior art known. This has the advantage that the two components of the two-component Paint system only combined immediately prior to injection into the cavity become. The paint is over one or more nozzles so in the cavity injected that the cavity between the surface of the substrate and tool inner wall Completely filled with paint becomes. For an optimal injection of the paint becomes number and location of the injection points chosen in a manner known to those skilled in the art. One Criterion for the design of the second cavity is the targeted repression the one in the cavity available air and their exhaustion over the Parting plane or ventilation channels during the Injection. Therefor can for example, calculation programs, as known from the prior art are known to be used. The gate design for the paint injection can e.g. after the for the production of RIM moldings Angular variants known from the prior art take place.
Die Kavität für das Beschichten des Substrats kann beliebig gestaltet sein, so dass die Lackschicht z.B. über die gesamte Oberfläche des Substrates gleich dick ist. Die Kavität kann jedoch auch so geformt sein, dass in verschiedenen Bereichen des Substrats die Lackschicht unterschiedlich dick ist. Auf diese Weise kann an jeder Stelle des Substrats die gewünschte Lackschichtdicke erzielt werden.The cavity for the coating of the substrate can be designed as desired, so that the paint layer is, for example, the same thickness over the entire surface of the substrate. However, the cavity may also be shaped so that the paint layer is of different thickness in different regions of the substrate. This way you can At any point of the substrate the desired paint layer thickness can be achieved.
Für die Beschichtung des Substrats gemäß Schritt (c) können alle für die Kunststofflackierung geeigneten lösungsmittelarmen einkomponentigen oder zweikomponentigen Systeme eingesetzt werden, die sowohl radikalisch, ionisch als auch über Polyaddition aushärten können. Als lösungsmittelarme Lacksysteme werden solche mit einem Lösungsmittelgehalt von insbesondere maximal 10 Gew.%, bevorzugt maximal 2 Gew.%, besonders bevorzugt maximal 1 Gew.%, am Lackanteil angesehen. Besonders bevorzugt werden lösungsmittelfreie Systeme eingesetzt. Insbesondere werden lösungsmittelfreie Polyurethanlacksysteme oder Polyharnstoffsysteme eingesetzt, wobei besonders bevorzugt lösungsmittelfreie aliphatische Polyurethanlacksysteme verwendet werden.For the coating of the substrate according to step (c) can all for the plastic coating suitable low-solvent one-component or two-component systems that are both radically, ionic as well Curing polyaddition can. As low-solvent Paint systems are those with a solvent content of particular at most 10% by weight, preferably at most 2% by weight, particularly preferably maximum 1% by weight, considered on the paint content. Particularly preferred solventless Systems used. In particular, solvent-free polyurethane coating systems or polyurea systems, with particular preference solventless aliphatic polyurethane paint systems are used.
Beim Einsatz von zweikomponentigen Lacksystemen kann die Durchmischung dieser Komponenten je nach Topfzeit und Anlagentechnik entweder in der Lackeinspritzdüse, z.B. durch einen Hochdruckgegenstrommischkopf, oder in der Zuleitung durch Statikmischer oder aktive Vermischung mit Hilfe eines dynamischen Mischers erfolgen.At the Use of two-component paint systems can be thorough mixing These components depending on pot life and equipment either in the paint injection nozzle, e.g. through a high pressure counterflow mixing head, or in the supply line by static mixer or active mixing by means of a dynamic Mixer done.
Bei einer langen Topfzeit kann die Vermischung der beiden Komponenten auch außerhalb der Anlage erfolgen und die Mischung wie ein einkomponentiges System verarbeitet werden. Hierbei kann beispielsweise die Verarbeitungszeit durch Kühlung der Komponenten vor dem Einspritzen verlängert und durch eine hohe Werkzeugtemperatur in der zweiten Kavität eine kurze Reaktionszeit erzielt werden.at a long pot life can be the mixing of the two components also outside the plant made and the mixture as a one-component system are processed. Here, for example, the processing time by cooling the components extended before injection and by a high mold temperature in the second cavity a short reaction time can be achieved.
Üblicherweise werden Lacksysteme mit einer kurzen Topfzeit eingesetzt. Bevorzugt werden Systeme mit einer Topfzeit von maximal 30 min, besonders bevorzugt mit einer Topfzeit von maximal 10 min, ganz besonders bevorzugt mit einer Topfzeit von maximal 2 min gewählt. Für kurze Topfzeiten wird bevorzugt ein Hochdruckgegenstrommischkopf zum Vermischen der beiden Komponenten eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Verfahren erlaubt dies die höchste Produktivität. Außerdem verbleiben am Ende des Prozesses keine Reste von vermischten Lackrohstoffen in dem Formwerkzeug.Usually paint systems with a short pot life are used. Prefers are systems with a maximum pot life of 30 min, especially preferably with a maximum pot life of 10 minutes, especially preferably chosen with a pot life of a maximum of 2 minutes. For a short time Pot life is preferably a high pressure counterflow mixing head for mixing used the two components. Compared to other methods this allows the highest Productivity. Furthermore remain at the end of the process, no residues of mixed coating raw materials in the mold.
In einem zusätzlichen Verfahrensschritt kann vor dem Formen des Substrats gemäß Schritt (a) und dem Beschichten gemäß Schritt (c) ggf. ein Trennmittel auf die Oberfläche der Kavitäten aufgetragen, z.B. aufgesprüht, werden. Als Trennmittel können die aus dem Stand der Technik bekannten Mittel eingesetzt werden.In an additional Process step may be prior to molding the substrate according to step (a) and the coating according to step (c) optionally a release agent applied to the surface of the cavities, e.g. sprayed, become. As a release agent can the means known from the prior art are used.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in einem Formwerkzeug mit mehr als zwei Kavitäten durchgeführt werden. So können z.B. weitere Lackschichten mit ggf. spezifischen Eigenschaften aufgetragen werden, indem jede Lackschicht in einer eigenen Kavität aufgebracht wird. Weiterhin ist es möglich, mehrere Substrate in jeweils einer Kavität in einem Prozessschritt gemäß Schritt (a) parallel herzustellen und diese anschließend nacheinander in einer Kavität oder parallel in jeweils einer Kavität gemäß Schritt (c) mit Lack zu beschichten.The inventive method can also be performed in a mold with more than two cavities. So can e.g. additional lacquer layers with possibly specific properties are applied, by applying each layer of varnish in its own cavity. Farther Is it possible, several substrates in each case one cavity in a process step according to step (a) prepare in parallel and then successively in a cavity or coat in parallel in each case in a cavity according to step (c) with lacquer.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile. Die Zykluszeit ist kürzer, da sie sich nicht aus der Summe der Zeiten der einzelnen Verfahrensschritte zusammensetzt. Außerdem können Prozessparameter wie z.B. die Werkzeugwandtemperatur für die Verfahrensschritte (a) und (c) unabhängig voneinander gewählt und somit optimal an das Substratmaterial und den Lack angepasst werden. Dadurch kann u.a. auch die Zykluszeit optimiert werden. Weiterhin kann die Dicke der Lackschicht an jeder Stelle der Kavität frei gewählt werden. Ferner können für die Oberflächen der verschiedenen Kavitäten unterschiedliche Materialien, wie z.B. Glas, Keramik, Kunststoff, verschiedene Metalle oder Legierungen, gewählt werden. Auch können Trennmittel, soweit erforderlich, gezielt auf den Werkzeugoberflächen eingesetzt werden. So kann z.B. eine gute Trennung des Lackes von der Werkzeugoberfläche erreicht werden, ohne die Haftung des Lackes auf dem Substrat negativ zu beeinflussen.The inventive method offers opposite the prior art several advantages. The cycle time is shorter because they are not the sum of the times of the individual process steps composed. Furthermore can Process parameters such as the mold wall temperature for the process steps (a) and (c) independently chosen from each other and thus optimally adapted to the substrate material and the paint become. This can u.a. also the cycle time can be optimized. Furthermore, the thickness of the lacquer layer at any point of the cavity can be chosen freely. Furthermore, can for the surfaces the different cavities different materials, e.g. Glass, ceramics, plastic, different metals or alloys can be chosen. Also release agents, if necessary, used specifically on the tool surfaces become. Thus, e.g. achieved a good separation of the paint from the tool surface be without the adhesion of the paint on the substrate negative influence.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Formwerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend wenigstens zwei Kavitäten, wobei wenigstens eine Kavität mit einer Spritzgieß-Einrichtung und eine Kavität mit einer RIM-Lackeinspritz-Einrichtung verbunden ist.One Another object of the invention is a mold for performing the inventive method, comprising at least two cavities, wherein at least one cavity with an injection molding device and a cavity connected to a RIM paint injection device.
Die Spritzgieß-Einrichtung des erfindungsgemäßen Formwerkzeugs dient der Herstellung des Substrats aus thermoplastischem Kunststoff mittels Spritzgießen in einer ersten Kavität des Werkzeugs. Geeignete Spritzgieß-Einrichtungen sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen einen Standardspritzgießmaschinenaufbau bestehend aus einer Plastifiziereinheit zur Substrataufbereitung und einer Schließeinheit, die für die Verfahr-, Öffnungs- und Schließbewegungen des Werkzeugs verantwortlich ist, Tempiergeräte und ggf. Trocknungsgeräte für das Substrat.The Injection molding facility the mold according to the invention is used to produce the substrate made of thermoplastic material by injection molding in a first cavity of the tool. Suitable injection molding facilities are those skilled in the art known from the prior art. They include a standard injection molding machine construction consisting of a plasticizing unit for substrate preparation and a closing unit, the for the travel, opening and closing movements the tool is responsible, Tempiergeräte and possibly drying equipment for the substrate.
Die RIM-Lackeinspritz-Einrichtung, welche in dem erfindungsgemäßen Formwerkzeug mit einer zweiten Kavität verbunden ist, dient der Beschichtung des Substrats mit einem Lack gemäß Schritt (c). Geeignete Lackeinspritz-Einrichtungen sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen einen oder ggf. mehrere Vorratsbehälter für die einzelnen Komponenten, Rührer, Förderpumpen, Temperiereinrichtungen zur Temperaturführung, Förderleitungen und ggf. eine Mischvorrichtung für die Vermischung von mehr als einer Lackkomponente, z.B. einen Mischkopf zur Hochdruckgegenstrahlvermischung.The RIM paint injection device, which in the mold according to the invention with a second cavity is connected, is used to coat the substrate with a paint according to step (C). Suitable paint injection devices are the expert from known in the art. They include one or more than one reservoir for the individual components, stirrer, Feed pumps, Tempering devices for temperature control, delivery lines and possibly one Mixing device for the mixing of more than one coating component, e.g. a mixing head for high-pressure counter-jet mixing.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, mit Lack beschichteten Substrate eignen sich beispielsweise Automobilinnenteile, wie z.B. Säulenverkleidung, Zierleisten, Handsehuhfachdeckel, Abdeckungen, Blenden, Instrumententafel, Teile des Luftfördersystems, und industriell gefertigte Kunststoffteile, wie z.B. Gehäuse von Elektrogeräten, Mobiltelefone, Haushaltsartikel.The according to the inventive method prepared coated with lacquer substrates are for example suitable Automotive interior parts, such as Pillar trim, Moldings, hand-operated shed covers, covers, panels, instrument panel, Parts of the air conveyor system, and industrially manufactured plastic parts, such as e.g. Housing of Electrical appliances, Mobile phones, household items.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Beispiele AusführungsbeispielExamples embodiment
Es wurde ein mit Lack beschichtetes Formteil mit einer projizierten Fläche von 40 cm2 auf einer Spritzgießmaschine in einem Spritzgießwerkzeug mit zwei Kavitäten (einer Substratkavität und einer Lackkavität, die mit einer RIM-Anlage verknüpft war), hergestellt. Bei dem Formteil aus thermoplastischem Kunststoff handelte es sich um ein kastenförmiges Bauteil mit schrägen Seitenflächen. Die Wanddicke des Substratformteils betrug ca. 3 mm. In einer Versuchsreihe wurden die Flächen des Formteils mit verschiedenen Lackdicken versehen. Die Schichtdicke des Lacks wurde je nach Fläche in den Bereichen von ca. 300 bis 1000 μm eingestellt.A paint coated molded article having a 40 cm 2 projected area was produced on an injection molding machine in a two-cavity injection mold (a substrate cavity and a paint cavity associated with a RIM unit). The molding made of thermoplastic material was a box-shaped component with oblique side surfaces. The wall thickness of the substrate molding was about 3 mm. In a series of experiments, the surfaces of the molding were provided with different paint thicknesses. The layer thickness of the paint was adjusted depending on the area in the range of about 300 to 1000 microns.
Im
ersten Schritt wurde das Substrat hergestellt. Dazu wurde Kunststoffgranulat
in einem Spritzgießzylinder
aufgeschmolzen. Es handelte sich um PC+ABS-Blend (hier Bayblend® T65
der Fa. Bayer MaterialScience AG), das nach dem Aufschmelzvorgang – analog
dem Standardspritzgießverfahren – bei einer
Temperatur von 270°C
in die erste Werkzeugkavität
des geschlossenen Werkzeugs eingespritzt wurde. Nach Ablauf der
Nachdruckzeit und Kühlzeit
von 45 s wurde das Werkzeug geöffnet.
Dabei wurde das hergestellte Substrat auf der Auswerferseite des
Spritzgießwerkzeugs
gehalten und von der Substrat-Position (
Wie man an den Druckverläufen erkennt, kam es am Ende der Aushärtezeit zu einem Druckabfall der auf die Volumenschwindung des Lackes während der Aushärtung zurückzuführen war.As one at the pressure gradients recognizes, it came at the end of the curing time to a pressure drop on the volume shrinkage of the paint during the curing was due.
Der Lack zeigte eine gute Haftung zum Substrat. Das lackierte Formteil konnte problemlos aus dem Werkzeug entnommen werden. Die Lackoberfläche war ein Spiegelbild der hochglanzpolierten Werkzeugoberfläche.Of the Paint showed good adhesion to the substrate. The painted molding could be easily removed from the tool. The paint surface was a mirror image of the highly polished tool surface.
VergleichsbeispielComparative example
Es wurde ein Vergleichsversuch an einem Musterplattenwerkzeug durchgeführt. Hierbei war das Werkzeug auf einer Spritzgießmaschine aufgebaut und mit einer RIM-Anlage verbunden. Das Werkzeug besaß eine plattenförmigen Kavität, die im Standardspritzgießverfahren mit Kunststoff gefüllt wurde. Nach Ablauf der Kühlzeit wurde in die immer noch geschlossene Werkzeugkavität der Lack eingeleitet. Dies erfolgte über eine RIM-Anlage, die die zwei Lackkomponenten mittels eines Statikmischers in einem Schlauchsystem vermischte und in das Werkzeug einleitete. Nach dem Ausreagieren und Abkühlen des Lacksystems wurde das Werkzeug geöffnet und die beschichtete Platte entformt. Das Substrat war auch hier ein PC + ABS-Blend (hier Bayblend® T65 der Fa. Bayer MaterialScience AG) und der Lack ein lösemittelfeier aliphatischer Polyurethanlack, bestehend aus einem lösemittelfreien Polyesterpolyol (Desmophen® VPLS 2249-1 der Fa. Bayer MaterialScience AG) und einem lösemittelfreien aliphatischen Polyisocyanat (Desmodur XP 2410 der Fa. Bayer MaterialScience AG) mit einem Mengenverhältnis von 1:1, katalysiert mit ca. 0,2 % DBTL analog zu dem oben beschriebenen Beispiel, jedoch durch die geringe Katalysatorkonzentration mit erheblich länger eingestellter Topfzeit von ca. 20 min. Kürzere Topfzeiten konnten in diesem Fall wegen des gewählten Verfahrensablaufes und der Mischung der Komponenten in der Zuleitung nicht realisiert werden.A comparative experiment was performed on a sample plate tool. Here, the tool was mounted on an injection molding machine and connected to a RIM system. The tool had a plate-shaped cavity which was filled with plastic in the standard injection molding process. After the cooling time, the paint was introduced into the still closed mold cavity. This was done via a RIM system, which mixed the two paint components by means of a static mixer in a hose system and introduced into the tool. After reacting and cooling the paint system, the tool was opened and the coated plate removed from the mold. The substrate was also a PC + ABS blend (here Bayblend ® T65 Fa. Bayer MaterialScience AG) and the paint is a solvent celebration aliphatic polyurethane coating, consisting of a solvent-free polyester polyol (Desmophen ® VPLS 2249-1 Fa. Bayer MaterialScience AG) and a solvent-free aliphatic polyisocyanate (Desmodur XP 2410 Fa. Bayer MaterialScience AG) with a ratio of 1: 1, catalysed with about 0.2% DBTL analogous to the example described above, but by the low catalyst concentration with much longer adjusted pot life from approx. 20 min. Shorter pot lives could not be realized in this case because of the chosen procedure and the mixing of the components in the supply line.
Mit diesem Versuchsablauf waren folgende Nachteile verbunden. Da das Formwerkzeug bis zur Lackeinleitung geschlossen blieb, d.h. zwischen der Substratherstellung und der Substratbeschichtung nicht geöffnet wurde, musste die Kavität bereits vor dem Kunststoffeinspritzvorgang mit Trennmittel benetzt werden. Beim Einspritzen des Kunststoffes setzte sich Trennmittel teilweise auch auf der Kunststoffoberfläche ab. Dadurch verschlechterte sich die Haftung des Lacks zum Substrat deutlich. Außerdem konnte die Lackdicke nicht definiert eingestellt werden. Sie richtete sich nach der Schwindung des Substrats und der Formteilgeometrie. Dies führte insbesondere an den frei schwindenen Kanten des Formteils zu einer unerwünscht großen Lackdicke.With This experiment was associated with the following disadvantages. Since that Mold remained closed until the paint introduction, i. between the substrate preparation and the substrate coating was not opened, had the cavity already wetted with release agent before the plastic injection process become. When injecting the plastic release agent sat down partly also on the plastic surface. This worsened the adhesion of the lacquer to the substrate is clear. Besides, could the paint thickness can not be set defined. She addressed herself after the shrinkage of the substrate and the molding geometry. This led in particular at the freely dwindling edges of the molding to a undesirable huge Paint thickness.
Aufgrund der sequentiellen Durchführung der Verfahrensschritte bestand die Zykluszeit aus der Summe der Zeiten für die Einzelprozesse. Dies hatte wiederum Auswirkung auf die Wahl des Lackes, da bei dieser Verfahrensweise die Topfzeit des Lacksystems eine wesentliche Rolle spielte. Die Wahl des Lackes war somit eingeschränkt.by virtue of the sequential implementation the process steps, the cycle time consisted of the sum of Times for the individual processes. This in turn had an impact on the election of the paint, as in this procedure, the pot life of the paint system played a significant role. The choice of the paint was thus limited.
Weiterhin konnte die Werkzeugoberflächentemperatur nicht frei gewählt werden so dass es nicht möglich war, durch Wärmeausdehnung die gewünschten Innendruckprofile zu erzielen und die damit verbundenen Vorteile zu nutzen.Farther could the tool surface temperature not chosen freely so it will not be possible was, by thermal expansion the desired To achieve internal pressure profiles and the associated benefits to use.
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